La trempe a toujours été une direction de recherche importante dans le domaine des céramiques structurées. L’ajout de phases secondaires à la matrice céramique pour préparer des céramiques composites constitue une voie de trempe efficace dans le domaine des céramiques de structure.
Le type de phase et la microstructure des phases secondaires jouent un rôle décisif dans l’effet de durcissement de la matrice céramique. Étant différente de la phase indépendante conventionnelle en tant que phase secondaire, l’unité structurelle noyau-coquille B4C@TiB2 a été délibérément conçue comme un type innovant de phase secondaire pour renforcer la matrice céramique Al2O3, offrant ainsi un nouveau concept pour les études de trempe des céramiques structurelles.
Une équipe de scientifiques des matériaux dirigée par Zhixiao Zhang de l’Université d’ingénierie du Hebei à Handan, en Chine, a récemment préparé avec succès une sorte de céramique composite Al2O3 renforcée par des unités structurelles noyau-coquille B4C@TiB2 constituées du noyau B4C entouré par la coque TiB2.
Les unités structurelles noyau-coque servant de phase de trempe composite des céramiques Al2O3 peuvent surmonter le goulot d’étranglement actuel des céramiques composites Al2O3 trempées à l’aide de phases indépendantes et réaliser une amélioration supplémentaire de la ténacité à la rupture des céramiques Al2O3.
L’équipe publié leur travail dans Journal des céramiques avancées.
« Dans ce travail, nous avons préparé des céramiques composites Al2O3 renforcées par des unités structurelles noyau-coquille B4C@TiB2 grâce à une combinaison de méthodologie de sel fondu et de frittage au plasma par étincelle. Contrairement aux configurations conventionnelles où TiB2 et SiC restent isolés et dispersés indépendamment dans la matrice céramique Al2O3, le deux phases secondaires dans ces composites Al2O3 constituent des structures composites noyau-coquille qui peuvent induire un comportement de renforcement synergique multidimensionnel.
« L’effet de renforcement produit par les unités structurelles noyau-coque est impossible à obtenir par des phases indépendantes », a déclaré le Dr Zhixiao Zhang, auteur correspondant de l’article, professeur au Collège de science et d’ingénierie des matériaux de l’Université d’ingénierie du Hebei. Le professeur Zhang est également le meilleur talent de la province chinoise du Hebei et vice-doyen du Collège de science et d’ingénierie des matériaux de l’Université d’ingénierie du Hebei.
Les unités de trempe noyau-coquille B4C@TiB2 sont constituées d’un noyau B4C de taille micrométrique entouré d’une coque d’environ 500 nm d’épaisseur, composée de nombreux grains de TiB2 de taille nanométrique. Les régions entourant ces unités noyau-coquille présentent des structures géométriques distinctes et englobent des variations multidimensionnelles dans la composition des phases, les dimensions des grains et les coefficients de dilatation thermique.
Par conséquent, des distributions de contraintes complexes apparaissent, favorisant ainsi la propagation de fissures dans de multiples dimensions. Ce comportement consomme une quantité considérable d’énergie de propagation des fissures, améliorant ainsi la ténacité de la matrice céramique Al2O3. Les céramiques composites Al2O3 résultantes offrent une ténacité améliorée jusqu’à 6,92 MPa·m1/2.
« Ce nouveau concept et le mécanisme de trempe correspondant consistant à utiliser l’unité structurelle noyau-coquille comme phase secondaire pour améliorer la ténacité de la matrice céramique peuvent fournir une nouvelle perspective et une nouvelle base théorique pour la recherche sur la trempe d’autres céramiques structurelles. » » a déclaré Zhixiao Zhang.
L’étape suivante consiste à élargir la forme et la composition des phases des unités structurelles cœur-coquille, y compris les particules structurelles cœur-coquille, les moustaches, les fibres, les tubes ou les plaques, qui sont constitués de différents types de phases. En outre, ces unités structurelles noyau-coquille peuvent être étendues pour renforcer diverses céramiques de structure, telles que le B4C, le TiB2, le SiC, etc.
Parallèlement, une étude systématique du mécanisme de trempe des unités structurelles noyau-coque en tant que phases de trempe composites sera réalisée. Le but ultime est de développer un nouveau système théorique de trempe basé sur des unités noyau-coquille renforçant une matrice céramique.
Plus d’information:
Yingjie Shi et al, Mécanisme de préparation et de durcissement des céramiques composites Al2O3 renforcées par des unités noyau-coquille B4C@TiB2, Journal des céramiques avancées (2023). DOI : 10.26599/JAC.2023.9220826
Fourni par Tsinghua University Press